JP2003510509A - 液体を制御する弁 - Google Patents

液体を制御する弁

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JP2003510509A JP2001527104A JP2001527104A JP2003510509A JP 2003510509 A JP2003510509 A JP 2003510509A JP 2001527104 A JP2001527104 A JP 2001527104A JP 2001527104 A JP2001527104 A JP 2001527104A JP 2003510509 A JP2003510509 A JP 2003510509A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、液体を制御する弁（１）であって、弁体（３）の孔（５）内を軸方向シフト可能な弁部材（２）が設けられており、該弁部材（２）が、弁閉鎖部材を形成する弁ヘッド（６）を有しており、該弁ヘッド（６）が、弁体（３）に設けられた座（７）と弁（１）の開閉のために共働するようになっており、さらに弁部材（２）を操作するための圧電式ユニット（４）と、該圧電式ユニット（４）及び／又はその他の弁構成部材（３）の長さ誤差を補償するための誤差補償エレメント（１２）とが設けられている形式のものにおいて、圧電式ユニット（４）がその作用方向に関して、弁部材（２）の軸方向の運動方向に対してほぼ直角に配置されており、圧電式ユニット（４）に電流が供給可能であり、この際に圧電式ユニット（４）が、レバーアームとして働き弁部材（２）と作用結合している調節部材（１２）に旋回運動を加えるようになっている。本発明による弁は特に、燃料噴射弁の構成部材として設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、液体を制御する弁に関
する。
【０００２】 ヨーロッパ特許公開第０４７７４００号明細書に基づいて公知の、このような
形式の弁のための配置形式では、圧電式アクチュエータの変位は液圧室を介して
伝達もしくは変換される。この場合行程方向において作用する順応性のある機械
的な誤差補償装置が、圧電式アクチュエータの運動距離変換装置（Wegtransform
ator）のために、設けられている。
【０００３】 公知の配置形式では、液圧室がいわゆる液圧式の伝達装置もしくは変換装置と
して働く。液圧室は、該液圧室を制限する２つのピストンの間に共通の補償容積
を閉じ込めており、両ピストンのうちの１つのピストンは、小さな直径を備えて
形成されていて、制御される弁部材と結合されており、かつ他方のピストンは、
大きな直径を備えて形成されていて、圧電式アクチュエータと結合されている。
弁部材、ピストン及び圧電式アクチュエータはこの場合共通の軸線上に相前後し
て位置している。
【０００４】 液圧室はこの場合次のように両ピストンの間において緊張させられている。す
なわちこの場合、休止位置において単数又は複数のばねを用いて所定のポジショ
ンに対して保持されている弁部材の操作ピストンは、大きなピストンが圧電式ア
クチュエータによって規定された運動距離区間だけ運動させられた場合に、ピス
トン直径の伝達比だけ増大させられた行程を移動するようになっている。
【０００５】 液圧室の補償容積を介して、構成部材における温度勾配又は使用される材料の
種々異なる熱膨張係数及び場合によっては生じるセッティング効果（Setzeffekt
）に基づく誤差を、これによって制御される弁部材のポジションの変化を生ぜし
めることなしに、補償することができる。
【０００６】 ２つのピストンの間に配置された液圧室によって、圧電式アクチュエータ、弁
部材又は弁ケーシングの長さ変化を補償する構成は、しかしながら高価で複雑な
構造を必要とし、しかも生じる漏れ損失及び液圧室の再充填に関して問題がある
。
【０００７】 ドイツ連邦共和国特許第１９６４６５１１号明細書には、高周波領域における
旋回運動を生ぜしめるために使用される圧電式の駆動エレメント又は調節エレメ
ントが開示されている。この駆動エレメント又は調節エレメントでは、圧電式に
アクティブな材料から成る第１の領域及び第２の領域が設けられており、両領域
は第３の領域を介して互いに結合されている。この第３の領域は、圧電式にパッ
シブな材料から成っている。例えば駆動エレメントの第１の領域に電圧を印加す
ることによって、この領域はその長手方向において相応に伸ばされ、その結果圧
電式の駆動エレメント全体においてその対称軸線に沿って相応な撓みが生ぜしめ
られる。駆動エレメントの撓みもしくは旋回角の逆転は、駆動エレメントの第２
の領域への電圧印加によって達成することができる。
【０００８】 本発明の課題は、圧電式ユニットと誤差補償装置とが設けられていて、可能な
限りわずかな構成部材と小さな所要スペースしか必要としない単純な構成もしく
は構造を有している、液体を制御する弁を提供することである。
【０００９】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による、液体を制御する弁
には次のような利点がある。すなわち本発明による弁では、調節部材と圧電式ユ
ニットとの共働によって、特に温度に基づく長さの伸びを補償する付加的な誤差
補償エレメントなしに、弁の制御が実施可能である。
【００１０】 本発明による弁では、レバーアームとして働く調節部材が圧電式ユニットと結
合されていて、ただ１つの圧電式アクチュエータへの給電時に、これによって生
ぜしめられる長さの伸びによって、調節部材がその長手方向に対して旋回させら
れる。これによって調節部材はいわば旋回レバーとして作用する。調節部材の旋
回方向に応じて、調節部材と結合された弁部材は相応に弁体の長手方向孔内を移
動させられる。これによって弁部材は行程運動を実施し、そして弁は閉鎖位置も
しくは開放位置にもたらされる。
【００１１】 温度変化によって両圧電式アクチュエータはほぼ等しく伸びるので、調節部材
の運動方向に対してほぼ直角に配置されている調節部材は、弁部材の行程運動を
生ぜしめず、有利である。従って特に温度に基づく長さ誤差は、弁の制御に対し
て影響を及ぼさない。
【００１２】 本発明による弁では付加的な温度補償エレメントを省くことができるので、構
造的に単純な弁構成が可能になる。
【００１３】 本発明による弁は特に燃料噴射弁として使用するのに適している。しかしなが
ら本発明による弁は、高周波数で制御される弁が必要になるその他の領域におい
てももちろん使用可能である。
【００１４】 図面 次に図面を参照しながら本発明による液体を制御する弁の１実施例を詳説する
。
【００１５】 図１は、内燃機関用の燃料噴射弁における本発明による弁の１実施例を示す縦
断面図である。
【００１６】 実施例の記載 図１に示された第１実施例は、自動車の内燃機関用の燃料噴射弁１において使
用された本発明による弁を示す。燃料噴射弁１は図示の実施例ではコモンレール
インジェクタとして形成されている。
【００１７】 燃料噴射弁１における力関係によって噴射開始、噴射時間及び噴射量を調節す
るために、弁体３内に配置された弁部材２は、圧電式ユニット４を介して制御さ
れる。
【００１８】 ピストン状の弁部材２は、燃料噴射弁１の弁体３の、長手方向孔５として形成
された孔内において、軸方向シフト可能に配置されていて、燃焼室側の下端部に
、弁閉鎖部材を形成する弁ヘッド６を有している。弁ヘッド６は、弁体３に形成
された座７と共働し、この場合弁ヘッド６の持ち上げられた状態において、外方
に向かって開放する弁ヘッド６に対して戻し力を作用するばね９によって、ばね
室８への接続が生ぜしめられる。
【００１９】 弁ヘッド６の領域において弁体３の長手方向孔５は、その直径を拡大されてい
る。長手方向孔５の拡大された領域は、漏れ排出路１６を有しており、この漏れ
排出路１６を通って、弁ヘッド６と座７との間で長手方向孔を貫流した燃料が、
排出される。
【００２０】 弁部材２の、弁ヘッド６とは反対側の上端部は、弁部材２の運動方向に対して
横方向に延びる切欠き１０を、調節部材１２を受容するために有している。切欠
き１０は図１において、弁部材２を貫通する孔として形成されている。もちろん
切欠き１０に別の形状を与えることも可能である。切欠き１０と、弁体３におけ
る長手方向孔５の、燃焼室とは反対側の端部との間における液体補償のために、
弁部材２には相応な平らな面取り部３３が設けられている。
【００２１】 弁体３は切欠き１０の高さに、長手方向孔５に対して横方向に延びていて該長
手方向孔５に開口する横方向孔１１を有しており、この横方向孔１１は大きな直
径に拡大されている。横方向孔１１内には、レバーアームとして働く調節部材１
２を備えた圧電式ユニット４が配置されている。この場合調節部材１２の一方の
端部は、弁部材２の切欠き１０内に受容されている。弁部材２の、圧電式ユニッ
ト４に向けられた他方の端部は、圧電式ユニット４と結合されている。
【００２２】 択一的な構成によれば、調節部材１２及び圧電式ユニット４は別体のケーシン
グ内に収容されていてもよい。このケーシングは例えば弁体３と結合されている
。さらに別の構成では、弁部材２は切欠き１０の領域において２部分に形成され
ており、この場合には弁部材２の両部分の接触面に切欠きが設けられている。
【００２３】 圧電式ユニット４は、互いに平行に配置された２つの圧電式アクチュエータ１
３，１４を有しており、両圧電式アクチュエータ１３，１４は、弁部材２の運動
方向に対してほぼ直角に配置されている。互いに平行に接触配置されている複数
の層から成る圧電式アクチュエータ１３，１４は、圧電室１５内に配置されてい
る。もちろん使用される圧電式アクチュエータの数は２つに制限されるものでは
ない。
【００２４】 圧電式アクチュエータ１３，１４はヘッド区分１７，１８と基部区分１９，２
０とを有している。圧電式アクチュエータ１３，１４のヘッド区分１７，１８は
、調節部材１２の、該圧電式アクチュエータ１３，１４に向けられた側と結合さ
れている。圧電式アクチュエータ１３，１４の基部区分１９，２０は、支持体２
１と接触しており、この場合基部区分１９，２０はそれぞれ、圧電式アクチュエ
ータ１３，１４への給電のための接点２２，２３を有している。
【００２５】 可能な限り大きな行程を得るために、圧電式アクチュエータ１３，１４は自体
公知の多層構造形式（Multilayer-Bauart）で、複数の薄い層から構成されてい
る。これらの層が圧電式アクチュエータ１３，１４への給電時に互いに離れない
ようにするために、これらの層は予負荷されねばならない。この場合加えられる
力は例えばほぼ１０００Ｎである。
【００２６】 そのために調節部材１２と支持体２１との間に配置された圧電式アクチュエー
タ１３，１４は、予負荷エレメント２４を用いて圧縮される。予負荷エレメント
２４は図示の構成では引張りベルト２５によって形成されている。択一的にもち
ろん他の予負荷エレメント、例えば液圧式、機械式又はこれに類した形式の予負
荷エレメントを使用することも可能である。
【００２７】 弁体３の長手方向孔５と圧電式アクチュエータ１３，１４との間には、シール
装置３４が設けられており、このシール装置３４は、長手方向孔５内における燃
料が圧電式ユニット４と接触することを阻止している。シール装置３４は図１で
はダイヤフラム３５として形成されている。このダイヤフラム３５は横方向孔１
１の直径全体にわたって延在していて、調節部材１２に形状結合的（formschlue
ssig）に接触している。もちろん構造的に別の構成を有するシール装置３４も可
能である。
【００２８】 弁体３の座７の上に弁部材２は、横断面で見てほぼ放物線状の狭窄部２６を有
している。放物線状の狭窄部２６の頂点の領域において、弁体３の長手方向孔５
には、この長手方向孔５に対して半径方向に延びている排出路２７が接続されて
おり、この排出路２７は排出絞り２８を有している。排出路２７は燃焼室側に接
続する弁制御室２９に開口している。弁制御室２９内には可動の弁制御ピストン
３０が配置されており、この弁制御ピストン３０は図面には部分的にしか示され
ていない。弁制御室２９内における弁制御ピストン３０の軸方向運動によって、
燃料噴射弁１の図示されていない噴射ノズルが制御される。
【００２９】 弁制御室２９内には、噴射ノズルに燃料を供給する噴射路３１も開口している
。噴射路３１は、複数の燃料噴射弁のために共通の１つの高圧アキュムレータ（
コモンレール）３２と接続されている。高圧アキュムレータ３２にはこの場合公
知の形式で、燃料高圧フィードポンプによって高圧の燃料が貯えタンクから供給
される。
【００３０】 図面に示された燃料噴射弁はこの場合次のように作動する。
【００３１】 互いに上下に配置されている圧電式アクチュエータ１３，１４は、交互に電流
を供給されるので、調節部材１２は両圧電式アクチュエータ１３，１４の長さの
伸びに基づいていわば旋回レバーとして作用し、弁部材２は弁体３の長手方向孔
５内において相応な行程運動を実施することができる。
【００３２】 燃料噴射弁１を閉鎖するためには、下側の圧電式アクチュエータ１３，１４が
給電され、これによってこの燃料噴射弁１では、弁部材２の運動方向に対して横
方向の急激な伸びが達成され、この場合圧電式アクチュエータ１３の基部区分１
９は支持体２１に支持される。アクチュエータ１３の長さが伸びることによって
、調節部材１２は旋回レバーのように働き、弁部材２は調節部材１２によって長
手方向孔５内を軸方向で上方に向かって移動させられる。これによって弁閉鎖部
材として働く、弁部材２の弁ヘッド６は、該弁ヘッド６に対応配置された座７に
接触させられ、その結果液体、図示の燃料噴射弁１では燃料は、高圧アキュムレ
ータ３２に接続された弁制御室２９から、長手方向孔５の領域に達することはで
きない。
【００３３】 ばね室８内に配置されたばね９は付加的にシールばねとして働く。それという
のはこのばね９は同様に弁部材２の弁ヘッド６を、弁体３に設けられた座７に向
かって押圧するからである。これによってばね９は、下側の圧電式アクチュエー
タ１３がまだ給電されていない場合でも、弁部材２を閉鎖位置に保つ。図示の実
施例におけるように、燃料噴射弁１が力補償されるように構成されている場合、
ばね９は相応に小さく寸法設定することができる。
【００３４】 燃料噴射弁１によって噴射を行いたい場合には、上側の圧電式アクチュエータ
１４だけが給電され、これによって燃料噴射弁１では、弁部材２の運動方向に対
して横方向の急激な伸びが達成され、この場合圧電式アクチュエータ１４の基部
区分２０は同様に支持体２１に支持される。この長さの変化によって、レバーア
ームとして働く調節部材１２は逆向きの旋回運動だけを実施する。それというの
は、上側に配置された圧電式アクチュエータ１４だけが伸ばされるからである。
これによって弁部材２は調節部材１２によって長手方向孔５内を軸方向で下方に
向かって移動させられる。弁部材２の弁ヘッド６はこの際に、弁体３に設けられ
た座７から開放された位置に、ばね９のばね力に抗して持ち上げられるもしくは
移動させられる。これによって弁制御室２９から、排出路２７の領域における燃
料は、弁体３の長手方向孔５内に流入することができる。流入した燃料は漏れ排
出路１６を通って再び逃げることができる。
【００３５】 その結果、弁制御ピストン３０は弁制御室２９内において上方に向かって移動
させられ、燃料は、いまや開放する噴射ノズルを通って図示されていない燃焼室
内に噴射される。
【００３６】 弁部材２の運動方向に対して横方向に配置された圧電式アクチュエータ１３，
１４は、温度に基づく長さ変化時に、共に均一に伸縮させられるので、このよう
な際に調節部材が旋回運動を行うことはない。弁部材２の運動方向に対して横方
向に、長手方向孔５内において調節部材１２が配置されていることによって、調
節部材１２は長手方向孔内において、誤差補償を実現するために十分な軸方向運
動空間を有しており、この軸方向運動空間は弁体３における付加的な溝によって
さらに拡大することができる。
【００３７】 従って、圧電式アクチュエータ１３，１４の、温度に基づく長さ変化が、弁部
材２及び燃料噴射弁１全体の開閉位置に対して影響を与えることは、確実に回避
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関用の燃料噴射弁における本発明による弁の１実施例を示す縦断面図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｋ 31/02 Ｆ１６Ｋ 31/02 Ａ Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA44 BA61 CC06T CC08S CC08U CC66 CC67 CC68S CC68U CC69 CC70 CD10 CE01 CE13 CE27 CE30 3H062 AA02 AA12 BB04 CC05 DD11 EE06 FF39 HH03 HH10

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体を制御する弁であって、弁体（９）の孔（８）内を軸方
    向シフト可能な弁部材（２）が設けられており、該弁部材（２）が、弁閉鎖部材
    を形成する弁ヘッド（６）を有しており、該弁ヘッド（６）が、弁体（３）に設
    けられた座（７）と弁（１）の開閉のために共働するようになっており、さらに
    弁部材（２）を操作するための圧電式ユニット（４）と、該圧電式ユニット（４
    ）及び／又はその他の弁構成部材（３）の長さ誤差を補償するための誤差補償エ
    レメント（１２）とが設けられている形式のものにおいて、圧電式ユニット（４
    ）がその作用方向に関して、弁部材（２）の軸方向の運動方向に対してほぼ直角
    に配置されており、圧電式ユニット（４）に電流が供給可能であり、この際に圧
    電式ユニット（４）が、レバーアームとして働き弁部材（２）と作用結合してい
    る調節部材（１２）に旋回運動を加えるようになっていることを特徴とする、液
    体を制御する弁。
  2. 【請求項２】 圧電式ユニット（４）が、互いに平行に配置された少なくと
    も２つの圧電式アクチュエータ（１３，１４）を有しており、該圧電式アクチュ
    エータ（１３，１４）に交互に給電可能である、請求項１記載の弁。
  3. 【請求項３】 調節部材（１２）が同時に、圧電式ユニット（４）の長さ変
    化を補償する誤差補償エレメントとして、弁部材（２）の運動方向に対して横方
    向に設けられている、請求項１又は２記載の弁。
  4. 【請求項４】 調節部材（１２）の第１の端部が弁部材（２）と結合され、
    かつ調節部材（１２）の第２の端部が圧電式アクチュエータ（１３，１４）のヘ
    ッド区分（１７，１８）と結合されている、請求項２又は３記載の弁。
  5. 【請求項５】 圧電式アクチュエータ（１３，１４）が弁部材（２）の運動
    方向で見て上下に、弁体（３）における横方向孔（１１）内に配置されており、
    圧電式アクチュエータ（１３，１４）の基部区分（１９，２０）のためのストッ
    パ（２１）が設けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載の弁。
  6. 【請求項６】 圧電式アクチュエータ（１３，１４）の基部区分（１９，２
    ０）にそれぞれ、圧電式アクチュエータ（１３，１４）への給電のための接点（
    ２２，２３）が設けられている、請求項５記載の弁。
  7. 【請求項７】 圧電式アクチュエータ（１３，１４）が調節部材（１２）と
    ストッパ（２１）との間に保持されており、調節部材（１２）及びストッパ（２
    １）に結合された、圧電式アクチュエータ（１３，１４）用の予負荷エレメント
    （２４）が設けられている、請求項５から６までのいずれか１項記載の弁。
  8. 【請求項８】 四負荷エレメント（２４）が引張りベルト（２５）を備えて
    形成されている、請求項７記載の弁。
  9. 【請求項９】 シール装置（３４）が弁体（３）の長手方向孔（５）と圧電
    式ユニット（４）との間に設けられている、請求項１から８までのいずれか１項
    記載の弁。
  10. 【請求項１０】 シール装置（３４）がダイヤフラム（３５）を備えて形成
    されている、請求項９記載の弁。
JP2001527104A 1999-09-30 2000-09-16 液体を制御する弁 Pending JP2003510509A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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